Đồ án: Tự động điều khiển

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Đồ án được thực hiện gồm các phần sau:

Phần I: Giới thiệu chung về máy điện đồng bộ.

Phần II: Các sơ đồ kích từ của máy phát đồng bộ.

Phần III: Tính toán thiết kế một số phương án

Hà Nội, ngày 25 tháng 08 năm 2002

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tuấn Ngọc

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1.1. Nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ

Máy điện đồng bộ là thiết bị điện quan trọng được sử dụng rộng rãi

trong công nghiệp. Phạm vi sử dụng chính là làm máy phát điện, nghĩa là

biến đổi cơ năng thành điện năng. Điện năng chủ yếu dùng trong nền kinh

tế quốc dân và đời sống được sản xuất từ các máy phát điện quay bằng

tuabin hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước. Hai loại thường gặp nhất là máy

phát nhiệt điện và máy phát thuỷ điện 3 pha.

Máy điện đồng bộ còn được dùng làm động cơ đặc biệt trong các

thiết bị lớn, vì khác với động cơ không đồng bộ là chúng có thể phát ra

công suất phản kháng.

Thông thường các máy đồng bộ được tính toán, thiết kế sao cho

chúng có thể phát ra công suất phản kháng gần bằng công suất tác dụng.

Trong một số trường hợp, việc đặt các máy đồng bộ ở gần các trung tâm

công nghiệp lớn là chỉ để phát ra công suất phản kháng. Với mục đích

chính là bù hệ số công suất cosϕ cho lưới điện được gọi là máy bù đồng bộ.

Ngoài ra các động cơ đồng bộ công suất nhỏ (đặc biệt là các động cơ

kích từ bằng nam châm vĩnh cửu) cũng được dùng rộng rãi trong các trang

bị tự động và điều khiển.

1.2. Phân loại và kết cấu của máy điện đồng bộ.

1. Phân loại:

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Theo kết cấu có thể chia máy điện đồng bộ thành 2 loại: Máy đồng

bộ cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2P = 2), và máy điện đồng

bộ cực lồi thích hợp với tốc độ quay thấp (2P ≥ 4)

Hình 1.2: Rôto cực ẩn

Hình 1.1: Rôto cực lồi

Theo chức năng có thể chia máy điện đồng bộ thành các loại chủ yếu sau:

a. Máy phát điện đồng bộ

- Máy phát điện đồng bộ thường được kéo bởi tuabin hơi hoặc tuabin

nước và được gọi là máy phát tuabin hơi hay máy phát tuabin nước. Máy

phát tuabin hơi có tốc độ quay cao, do đó được chế tạo theo kiểu cực ẩn và

trục máy được đặt nằm ngang nhằm đảm bảo độ bền cơ cho máy. Máy phát

điện tuabin nước có tốc độ quay thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi, nói

chung trục máy thường đặt thẳng đứng. Bởi vì để giảm được kích thướt của

máy nó còn phụ thuộc vào chiều cao cột nước. Trong trường hợp máy phát

có công suất nhỏ và cần di động thường dùng động cơ điezen làm động cơ

sơ cấp và được gọi là máy phát điện điezen, loại này thường được chế tạo

theo kiểu cực lồi.

b. Động cơ điện đồng bộ:

Động cơ điện đồng bộ thường được chế tạo theo kiểu cực lồi và được

sử dụng để kéo các tải không đòi hỏi phải thay đổi tốc độ, với công suất

chủ yếu từ 200KW trở lên.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

c. Máy bù đồng bộ:

Máy bù đồng bộ thường được dùng để cải thiện hệ số công suất cosϕ

của lưới điện.

Ngoài các loại trên còn có các loại máy điện đặc biệt như: Máy biến

đổi một phần ứng, máy đồng bộ tần số cao... và máy điện công suất nhỏ

dùng trong tự động, như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, đồng cơ

đồng bộ phản kháng, động cơ đồng bộ từ trễ, động cơ bước ...

2. Kết cấu:

Để thấy rõ đặc điểm về kết cấu của máy điện đồng bộ, ta xét 2

trường hợp máy cực ẩn và máy cực lồi như sau:

a. Kết cấu của máy đồng bộ cực ẩn:

Roto của máy đồng bộ cực ẩn làm bằng thép hợp kim chất lượng

cao, được rèn thành khối hình trụ, sau đó gia công và phay rãnh để đặt dây

quấn kích từ.

Phần không phay rãnh còn lại hình thành nên mặt cực từ. Mặt cực

ngang trục lõi thép roto như hình 1.3.

Hình 1.3: Mặt cắt ngang trục lõi thép rôto

Thông thường các máy đồng bộ được chế tạo với số cực 2P = 2, tốc

độ quay n = 3000(vòng/phút). Để hạn chế lực ly tâm, trong phạm vi an toàn

đối với hợp kim, người ta chế tạo roto có đường kính nhỏ: (D = 1,1 ÷ 1,15

(m)). Vì vậy muốn tăng công suất máy chỉ có thể tăng chiều dài l của roto

(lmax = 6,5m).

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Dây quấn kích từ được đặt trong rãnh roto và được quấn thành các

bối dây, các vòng dây trong bối dây được cách điện với nhau bằng một lớp

mica mỏng. Miệng rãnh được nêm kín để cố định và ép chặt các bối dây.

Dòng điện kích từ là dòng một chiều được đưa vào cuộn kích từ thông qua

chổi than đặt trên trục roto.

Stato của máy đồng bộ cực ẩn bao gồm lõi thép được ghép lại từ các

lá thép kỹ thuật điện, trong đó có tạo rãnh để đặt dây quấn 3 pha. Stato

được gắn liền với thân máy, dọc chiều dài lõi thép stato có làm những rãnh

thông gió ngang trục với mục đích thông gió là mát máy điện. Trong các

máy đồng bộ công suất trung bình và lớn thân máy được chế tạo theo kết

cấu khung thép, máy phải có hệ thống làm mát. Nắp máy được chế tạo từ

thép tấm hoặc gang đúc.

b. Kết cấu của máy đồng bộ cực lồi:

Máy đồng bộ cực lồi thường có tốc độ quay thấp vì vậy đường kính

roto lớn hơn nhiều lần so với roto cực ẩn: (Dmax = 15m), trong khi đó chiều

dài lại nhỏ, với tỷ lệ l/D = 0,15 ÷ 0,2.

Roto của máy đồng bộ cực lồi công suất trung bình và nhỏ có lõi

thép được chế tạo từ thép đúc và gia công thành khối lăng trụ, trên mặt có

đặt các cực từ. Ở những máy lớn. Lõi thép đó được hình thành bởi các tấm

thép dày từ 1mm đến 6mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành

các khối lăng trụ, và lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy

mà được đặt trên giá đỡ của roto.

Dây quấn cản (trường hợp máy phát đồng bộ) hoặc đây quấn mở

máy (trường hợp động cơ đồng bộ) được đặt trên các đầu cực. Các dây

quấn này giống như dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ,

nghĩa là làm bằng các thanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và được nối 2

đầu bởi 2 vòng ngắn mạch.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

1. Lá thép cực từ

2. Dây quấn kích từ

3. Đuôi hình T

4. Nêm

5. Lõi thép roto.

Stato của máy đồng bộ cực lồi có thể đặt nằm ngang với máy có

công suất nhỏ, tốc độ quay cao. Ở trường hợp máy phát tuabin nước công

suất lớn, tốc độ chậm thì trục của máy phải đặt thẳng đứng theo 2 kiểu treo

và kiểu đõ tuỳ thuộc vào cách bố trí ổ trục đỡ.

+ Ưu điểm của kiểu treo là ổn định, ít chịu ảnh hưởng tác động của

các phần phụ, nhưng chi phí xây dựng cao, còn kiểu đỡ là giảm được kích

thước máy theo chiều cao. Do đó giảm được kích thước chung của máy.

Như vậy tuỳ theo yêu cầu mà ta phải có cách bố trí sao cho hợp lý nhất.

1.3. Các thông số chủ yếu của máy phát điện đồng bộ

Trong máy phát điện đồng bộ ngoài các thông số như: Công suất,

điện áp, dòng điện định mức... còn phải kể đến các thông số cơ bản khác

của máy phát điện đồng bộ là: điện trở, điện kháng của cuộn dây, các hằng

số quán tính điện và cơ.

1. Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục (Xd,Xq)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục là một trong những thông

số đặc trưng của máy phát điện ở chế độ xác lập. Ở máy phát điện cực lồi

vì ở mặt cực, từ thông khe hở không khí là không đều, nên mạch từ không

bão hòa. Do đó điện kháng dọc trục và ngang trục là khác nhau(Xd ≠ Xq).

Còn ở máy phát cực ẩn thì khe hở không khí là đều nhau, mạch từ bão hòa

nên:

Xd = Xq.

2. Điện kháng quá độ X'd

Đặc trưng cho cuộn cảm của cuộn dây ở chế độ xác lập. Ở chế độ

này từ thông sinh ra bởi cuộn dây stato đi qua cuộn dây roto bị giảm do

phản ứng hỗ cảm của cuộn dây này. Điện trở mạch kín của cuộn dây roto

thường nhỏ nên phần ứng hỗ cảm triệt tiêu hoàn toàn từ thông bên trong

nó. Vì thế có thể coi điện cảm của nó khi mạnh khép kín ra bên ngoài cuộn

dây roto là rất nhỏ và không phụ thuộc vào dạng cực từ.

3. Điện kháng siêu quá độ:

Điện kháng này đặc trưng cho điện cảm của cuộn dây stato ở giai

đoạn đầu của chế độ quá độ . ở giai đoạn đầu của chế độ này bị ảnh hưởng

của cuộn dây cản, làm giảm đi từ thông cuộn dây stato. Do đó X"d < X'd.

Do dòng điện xuất hiện trong cuộn dây cản là tức thời cho nên điện kháng

X"d chỉ tồn tại trong giai đoạn đầu của chế độ quá độ.

4. Hằng số quán tính cơ Tj:

Đặc trưng cho mômen quán tính phần quay, hằng số này được tính

toán tùy thuộc vào từng loại máy phát.

ω2đm

Tj =

Jđm

Sđm

Trong đó:

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

ωđm =

J =

n.2π 60

Với:

G - Khối lượng vật quay

D - đường kính vật quay

GD2 60

1.4. Đồ thị vectơ và các đặt tính của máy phát điện

1. Phương trình điện áp và đồ thị vectơ của máy phát điện đồng bộ.

Đối với máy phát đồng bộ:

(1 - 1)

. U

. E

. I

δ -

(rư + jXδư).

Đối với động cơ điện đồng bộ

(1 - 2)

. U

. E

. I

δ +

(rư + jXδư).

Trong đó:

U: Điện áp đầu cực máy phát

Rư, Xδu': Điện trở và điện kháng tản của dây quấn phần ứng.

Eδ: Sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe

hở không khí.

Khi có tải thì suất điện động cảm ứng này được chia làm 2 thành phần:

. E

δ =

a. Ta xét trường hợp máy phát điện

Trong trường hợp này ta xét cho 2 loại máy cực ẩn và máy cực lồi.

Giả sử máy phát làm việc ở tải điện cảm có:

0 < ϕ < 900

Phương trình cân bằng điện áp cho máy cực ẩn

(1 - 3)

. U

. E

. I

= + ư -

(rư + jXư)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

. E

ư: Sức điện động phần ứng được biểu thị theo điện kháng phần

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

. E

. ư = j Xư I

ứng:

Vậy phương trình 1 - 3 trở thành:

. = U

. I

. E

. I

(1 - 4) - j rư (Xư + jXσư)-

jIX ư

jIXδ

Ir ư

ϕθ

f δ

Fư

θ'

F o

Ta biểu diễn phương trình 1 - 4 bằng đồ thị vectơ

Hình 1.5: Đồ thị sđđ của máy phát đồng bộ cực ẩn

. E

Trên đồ thị thì: Từ thông chính Φ0(F0) vượt trước E một góc π/2 và

ư = j IXư một góc π/2.

Φư(Fư) chậm sau

Phương trình cân bằng điện áp cho máy cực lồi.

. U

. E

. I

d Xưd - j

q Xưq - j Xσư -

(1 - 5) = - j rư

Vì trong máy cực lồi thành phần sức từ động được chia thành 2

. E . E

. I . I

ưd = -j ưq = -j

dXưd qXưq . I

thành phần dọc trục và ngang trục.

Và thành phần -j Xδư ta cũng phân tích thành 2 thành phần dọc trục

9 và ngang trục. Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

. I

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

qXδư - (-j

dXδư)

-j Xδư = -j

Lúc này phương trình (1 - 5) trở thành:

. U

. E

. I

dXd -j

qXq -

= -j (1 - rư

Với: Xd = Xưd + Xδư

Xq = Xưq + Xδư

Xd : điện kháng đồng bộ dọc trục.

Xq : điện kháng đồng bộ ngang trục.

jId

ưIr

jIq

I q

Biểu diễn phương trình (1 - 6) trên đồ thị vectơ.

Hình 1.6: Đồ thị sđđ đã biến đổi của máy điện cực lồi

+ Trường hợp mạch từ bão hoà:

Đối với máy phát đồng bộ cực lồi việc thành lập đồ thị vectơ có xét

đến trạng thái bão hoà mạch từ có gặp nhiều khó khăn. Vì lúc đó từ thông

Φd và Φq có liên quan với nhau và trạng thái bão hoà theo hai phương đó là

khác nhau. Như vậy Xưd không những phụ thuộc vào Φd mà còn phụ thuộc

vào Φq, và Xưd cũng tương tự. Để đơn giản, ta cho rằng từ thông dọc trục

và ngang trục chỉ ảnh hưởng theo hướng trục và giả sử rằng mức độ bão

hoà theo hướng ngang trục là đã biết (Kμq đã biết).

Từ phương trình cân bằng điện áp:

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

. U

. J

. E

. I

rư

= - (1 - 7) IdXd - IqXq -

. U

. I

rư , J rư , ta được Eδ rồi từ hướng Xưq ta vẽ đoạn:

. CD = Xưq = I

E−q ψCos

Vẽ đồ thị vectơ cho phương trình (1 - 7), trước hết ta vẽ vectơ ,

Và xác định phương của E.

. E

Vì điểm D nằm trên phương của nên đoạn thẳng CF thẳng góc với

. I

qXưq

E ư cosψ C

phương của E chính là

jIX δ ư

Ir ư

Hình 1.7: Đồ thị vectơ sđđ của máy phát điện đồng bộ cực lồi khi bão hoà Đối với máy phát điện cực ẩn ta cũng có thể dựa trên phương trình

điện áp ở trường hợp mạch từ không bão hoà.

. U

. E

. I

rư (1 - 8) = - j (Xư + Xδư) -

Lúc này xác định E0 bằng đồ thị Potier

Fδ = F0 + Fư

jIX ư

=> F0 = Fδ - Fư

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

jIX δư

E δ

ưIr

b. Trường hợp động cơ điện:

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Khi chuyển sang làm việc như động cơ điện đồng bộ, máy phát ra

công suất âm đưa vào mạng điện hay nói khác đi là tiêu thụ công suất điện

lấy từ mạng để biến thành cơ năng. Thông thường động cơ đồng bộ có cấu

tạo cực lồi, ta viết phương trình cân bằng điện áp cho trường hợp động cơ.

. U

. E

. I

dXd + j

qXq +

= + j rư (1 -

Ta có thể vẽ đồ thị vectơ cho 2 trường hợp: Thiếu kích từ và khi quá

kích từ.

Từ đồ thị sẽ cho ta thấy công suất do động cơ tiêu thụ từ mạng điện

là:

P = m . U . I .Cosϕ < 0

jIdXd

jIqXq

jIdXd

Irư

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

θ ψ

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

2. Các đặc tính của máy phát đồng bộ

Khi vận hành bình thường máy phát đồng bộ cung cấp cho tải đối

xứng. Chế độ này phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện năng nối với máy phát,

công suất cung cấp cho tải không vượt quá giá trị định mức mà phải gần

bằng định mức. Mặt khác ở chế độ này thông qua các đại lượng như điện

áp, dòng điện, dòng kích từ, hệ số Cosϕ, tần số f, và tốc độ quay n. Để phân

tích đặc tính làm việc của máy phát điện đồng bộ ta dựa vào 3 đại lượng

a. Đặc tính không tải:

chủ yếu là: U, I, If thành lập các đường đặc tính sau:

Đặc tính không tải là quan hệ: E = U0 = f (it), khi I = 0 và f = fđm.

Dạng đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ cực ẩn và cực lồi

khác nhau không nhiều và có thể biểu thị theo đơn vị tương đối:

E* = Eđm

it i* = itđm0

Trong đó itđmo là dòng điện không tải khi U = Uđm

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

(1)

(2)

it*

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Hình 1.11: Đặc tính không tải của máy phát đồng bộ

Đường 1: Với máy cực ẩn

b. Đặc tính ngắn mạch:

Đường 2: Với máy cực lồi

Đặc tính ngắn mạch là quan hệ giữa dòng ngắn mạch và dòng kích từ

In = f(it) khi U = 0, Zt = 0, f = fđm

Xét trường hợp bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng (rư = 0) thì mạch điện dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch là thuần cảm Ψ = 900 , như vậy

Iq = CosΨ = 0 và Id = IsinΨ = I

Đồ thị vectơ của máy phát lúc ngắn mạch dựa vào phương trình cân

bằng điện áp:

. U

. E

. I

dXd - j

qXq -

= = j rư

Vì rư = 0; Iq = 0 nên:

. E

. = j Xd I

Ta được: (1 - 10)

Lúc này sơ đồ thay thế của máy là:

Xσư

jIXưd 14

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

jIXd

K1 E

Xưd

jIXσư

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Lúc ngắn mạch, phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy

không bão hoà. Vì từ thông khe hở Φδ cần thiết để sinh ra: Eδ =E-IXưd=

I = f(it)

IXδư rất nhỏ nên quan hệ I = f(it) là một đường thẳng.

c. Đặc tính ngoài

Hình 1.13: Đặc tính ngắn mạch máy phát

Đặc tính ngoài là quan hệ U = f(I). Khi it = const, cosϕ = const và f = fđm.

Đặc tính ngoài cho thấy lúc dòng điện kích từ không đổi, điện áp

máy phát thay đổi theo tải.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Uđm

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Từ hình 1.14 ta thấy đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải.

Nếu tải có tính cảm, khi I tăng phản ứng phần ứng bị khử từ, điện áp giảm

nên đường đặc tính đi xuống. Nếu tải có tính dung thì I tăng, phản ứng

phần ứng là trợ từ, điện áp tăng lên nên đường đặc tính đi lên. Khi tải làm

d. Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ

thuần trở thì đường đặc tính gần như song song với trục hoành.

Đặc tính điều chỉnh là quan hệ : it = f(I) khi U = const, Cosϕ = const

và f = fđm. Nó cho biết chiều hướng điều chỉnh dòng điện it của máy phát

ito

sao cho điện áp U ở đầu cực máy phát là không đổi.

Iđm

Hình 1.15: Đặc tính điều chỉnh máy phát đồng bộ 16

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Ta thấy với tải cảm, khi I tăng tác dụng khử từ của phản ứng phần

ứng cũng tăng nên U bị giảm. Để giữ điện áp U không đổi thì ta phải tăng

dòng điện kích từ it. Ngược lại với tải điện dung khi I tăng mà muốn giữ U

không đổi thì phải giảm dòng điện kích từ it.

Thông thường Cosϕ = 0,8 (thuần cảm), thì từ không tải (U=Uđm, I=0)

đến tải định mức (U = Uđm, I = Iđm ) thì phải tăng dòng điện từ hoá từ 1,7

e. Đặc tính tải của máy phát điện đồng bộ

đến 2,2 lần.

Đặc tính tải là quan hệ giữa điện áp đầu cực máy phát và dòng điện kích thích.

U = f(it) khi I = Const, Cosϕ = const và f = fđm.

Với các trị số khác nhau của I và Cosϕ sẽ có đặc tính khác nhau, trong đó

có ý nghĩa nhất là tải thuần cảm ứng với Cosϕ = 0 (ϕ = π/2) và I = Iđm.

Để xây dựng đường đặc tính tải ta phải điều chỉnh rt và Z sao cho

I = Iđm, và dạng đặc tính này được biểu diễn ở tải thuần cảm là chủ yếu.

Đường đặc tính tải cảm có thể suy ra được từ đặt tính không tải và

tam giác điện kháng. Trước hết vẽ đường đặc tính không tải và đặc tính

ngắn mạch rồi thành lập được tam giác điện kháng sau đó tịnh tiến trên

đường đặc tính không tải ta vẽ được đặc tính tải cảm.

E = f(it)

U = f(it)

Eδ

I = f(it)

Dựng đường đặc tính tải như sau:

Iđm

C Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 - Hình 1.16: Đặc tính tải khi tải thuần cảm

K1

f. Họ đặc tính hình V máy phát điện.

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Quan hệ: I = f(it) khi P = const.

Với mỗi giá trị của P = const, ta thay đổi Q và vẽ đồ thị suất điện

động ta xác định được đặc tính hình V của máy phát điện đồng bộ. Thay

Thiếu kích thích

Quá kích thích

ito

đổi giá trị của P ta thành lập được một họ các đặc tính hình V như sau

Hình 1.17: Họ đặc tính hình V của máy phát đồng bộ

Trên hình, đường Am đi qua các điểm cực tiểu của họ đặc tính,

tương ứng với Cosϕ = 1. Bên phải đường Am ứng với tải cảm (ϕ > 0) là

chế độ làm việc quá kích thích, khu vực bên trái Am ứng với tải có tính

dung (ϕ < 0) là chế độ làm việc thiếu kích thích của máy. Đường Bn là

giới hạn làm việc ổn định khi máy phát ở chế độ thiếu kích thích.

1.5. Chế độ thuận nghịch của máy điện, 3 chế độ làm việc của máy điện

đồng bộ 3 pha.

1. Chế độ máy phát:

Chế độ máy phát là quá trình biến đổi cơ năng thành điện năng, hay

nói cách khác là máy điện làm việc ở trường hợp P > 0 và Q > 0. Tức là

máy phát ra công suất tác dụng cấp cho tải thuần trở, và phát ra công suất

phản kháng cấp cho tải có tính cảm.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Ở trường hợp này có phương trình cân bằng điện áp:

. U

. E

. I

0 =

. + R + jXd I

(1 - 11)

Sức điện động ở rôto lớn hơn điện áp ở đầu cực máy phát. Do đó

máy phát ra công suất P > 0 và Q > 0 cho lưới: Khi rôto quay sinh ra E0,

nên E0 cũng quay. Vậy chế độ máy phát thì E0 vượt trước U.

Khả năng tải của máy phát khi làm việc ở chế độ quá tải, dòng điện

tăng, điện áp giảm. Lúc này máy phát làm việc ở trạng thái quá tải, mà

muốn cho điện áp không thay đổi thì máy phát làm việc ở chế độ kích từ

cưỡng bức (quá kích thích) để phát ra công suất phản kháng cho lưới. Khi

máy phát bị non tải thì dòng giảm, điện áp tăng và lớn hơn sức điện động

do phần ứng sinh ra. Lúc này để cho điện áp không đổi thì máy phát phải

làm việc ở chế độ thiếu kích thích để tiêu thụ bớt một phần điện áp rơi ở

đầu cực máy phát.

Ở máy phát điện công suất điện từ được chuyển từ rôto sang stato

bằng công suất cơ đưa vào trừ các tổn hao trong thép rôto và stato.

2. Chế độ động cơ:

Nguyên lý chung của động cơ là biến đổi công suất điện thành công

suất cơ. Ở chế này ta cung cấp công suất điện P = ui, dưới tác dụng của từ

trường ở cực từ sẽ sinh ra một lực điện từ: Fđt = Bil.

Công suất điện đưa vào động cơ:

P = ui = ei = Bil . V = Fđt . V.

Như vậy công suất điện Pđ = ui đưa vào động cơ đã biến thành công

suất cơ: Pcơ = Fđt . V trên trục động cơ.

Phương trình cân bằng điện áp ở chế độ động cơ.

. U

. E

. I

(1 - 12) = - j Xd - R

Ở trường hợp này ta xét cho động cơ đồng bộ, động cơ đồng bộ có

cấu tạo và đặc tính cũng giống như máy phát. Động cơ đồng bộ làm việc

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

với Cosϕ cao hơn và ít hoặc không tiêu thụ công suất phản kháng Q của

lưới điện là nhờ thay đổi dòng điện từ hoá (dòng kích từ). Do đó động cơ

có thể phát ra công suất phản kháng đưa vào lưới điện.

Động cơ đồng bộ khác với máy phát đồng bộ là khi thiếu kích thích

động cơ tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện (ϕ > 0) và khi quá

kích thích động cơ phát ra công suất phản kháng đưa vào lưới (ϕ < 0). Vì

vậy trong một số trường hợp người ta sử dụng chế độ quá kích thích của

động cơ để làm máy bù.

3. Chế độ máy bù động cơ.

Máy bù đồng bộ thực chất là một động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ

không tải với dòng kích từ được điều chỉnh để máy phát ra hoặc tiêu thụ

công suất phản kháng do đó duy trì được điện áp của lưới điện. Chế độ làm

việc bình thường của máy bù đồng bộ là chế độ quá kích thích của động cơ

đồng bộ để phát ra công suất phản kháng bù vào lưới điện. Ở trường hợp

này máy bù như một tụ bù hay còn gọi là máy phát công suất phản kháng.

Trường hợp hộ tiêu thụ tăng tải thì dòng tăng, áp giảm thì máy bù

làm việc ở chế độ quá kích thích. Khi tải giảm, điện áp tăng, dòng giảm thì

máy bù làm việc ở chế độ thiếu kích thích để tiêu thụ bớt một phần điện áp

rơi trên đường dây làm cho điện áp khỏi tăng quá giá trị định mức.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

CHƯƠNG II

CÁC SƠ ĐỒ KÍCH TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

2.1. Khái niệm chung

Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dòng một chiều cho các cuộn

dây kích thích của máy phát điện đồng bộ. Nó phải có khả năng điều chỉnh

bằng tay hoặc tự đồng điều chỉnh dòng kích thích để đảm bảo máy phát làm

việc ổn định kinh tế, với chất lượng điện năng cao trong mọi tình huống.

Trong chế độ làm việc bình thường, điều chỉnh dòng kích từ sẽ điều

chỉnh được điện áp ở đầu cực máy phát, thay đổi lượng công suất phản

kháng phát vào lưới điện. Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) làm

việc nhằm giữa điện áp máy phát không đổi khi phụ tải biến động. Ngoài ra

TĐK còn nhằm các mục đích khác như nâng cao giới hạn công suất truyền

tải từ máy phát điện vào hệ thống, đặc biệt khi nhà máy nối với hệ thống

qua đường dây dài, đảm bảo ổn định tĩnh nâng cao tính ổn định động cho

hệ thống điện.

Trong chế độ sự cố thì hệ thống kích từ làm việc ở chế độ cưỡng bức

để duy trì điện áp của máy phát.

Để cung cấp tin cậy dòng một chiều cho cuộn dây kích từ của máy

phát đồng bộ, cần phải có một hệ thống kích từ công suất đủ lớn (thường

dùng các loại máy phát một chiều, máy phát xoay chiều tần số cao và chỉnh

lưu...).

Như vậy một hệ thống kích từ làm việc tin cậy phải đảm bảo được

những yếu tố cơ bản sau:

1. Có khả năng điều chỉnh dòng kích từ: it = Ut/rt để duy trì điện áp

máy phát U trong điều kiện làm việc bình thường.

2. Cưỡng bức kích thích để giữ đồng bộ máy phát với lưới khi điện

áp lưới hạ thấp do xảy ra ngắn mạch ở xa. Muốn vậy hệ thống kích từ phải

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

có khả năng tăng nhanh gấp đôi dòng kích từ trong khoảng thời gian t =

0,5s.

Hay:

- Utm(0,5)

Utđm = 2

Utđm

3. Có khả năng triệt từ trường kích thích, nghĩa là giảm nhanh dòng

điện kích thích it đến 0 mà điện áp không vượt quá giá trị cho phép.

2.2. Phân loại và đặc điểm của các hệ thống kích từ

Ta có thể chia hệ thống kích từ thành 3 nhóm chính:

- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều.

- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều và chỉnh lưu.

- Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển.

1. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

Rđc TĐK

Hình 2.1: Sơ đồ kích từ dùng máy phát điện một chiều

Để điều chỉnh dòng kích từ it ta điều chỉnh bằng tay điện trở Rđc

nhằm làm thay đổi dòng điện trong cuộn dây kích từ chính Wf. Dòng và áp

trong các cuộn W2 và W3 thay đổi nhờ bộ TĐK, bộ này nhận tín hiệu thông

qua máy biến dòng BI và máy biến điện áp BU ở phía đầu cực máy phát

điện đồng bộ. Cuộn W2 điều chỉnh tương ứng với chế độ làm việc bình

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

thường, còn cuộn W3 làm việc ứng với chế độ kích thích cững bức khi có

sự cố.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Rđc

TĐK

a. Hệ thống kích từ song song

Hình 2.2: Sơ đồ kích từ song song

Với sơ đồ này máy phát kích từ phụ tự kích song song, dòng kích từ

của máy phát kích (FKT) có thể thay đổi được nhờ Rđc cho phép điều chỉnh

bằng tay dòng điện cuộn dây kích từ WKT. Khi làm việc dòng điện kích từ

thay đổi là nhờ bộ tự động điều chỉnh kích từ (TĐK), bộ phận này nhận tín

hiệu từ đầu ra của máy phát điện qua bộ biến dòng và biến điện áp đo

lường để thực hiện mọi quá trình tự động thay đổi dòng kích từ cho máy

phát.

+ Ưu điểm: làm việc tin cậy, đơn giản, giá thành thấp nhưng có

nhược điểm là khi cần sửa chữa máy kích thích thì phải dừng máy phát.

Việc chế tạo máy phát một chiều bị hạn chế nên chỉ sử dụng cho các loại

máy phát công suất trung bình và nhỏ.

RKTF

RKT

b. Hệ thống kích từ độc lập

TĐK Hình 2.3: Sơ đồ kích từ độc lập

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Hệ thống này dùng 2 máy phát điện một chiều một máy kích từ phụ

và một máy kích từ chính.

Máy phát kích từ phụ tự kích song song, dòng kích từ trong cuộn

WKT có thể điều chỉnh được nhờ biến trở RKTf và RKT. Dòng và áp trong

cuộn WF của máy phát thay đổi nhờ bộ TĐK thay đổi dòng và áp đặt lên

cuộn WKTf, bộ này nhận tín hiệu từ đầu ra của máy phát thông qua bộ đo

lường dùng bộ biến dòng BI và điện áp BU.

Khi thay đổi dòng kích từ của máy phát kích phụ thì thay đổi dòng

kích từ máy kích thích dẫn đến thay đổi được dòng điện kích từ của máy

phát chính.

+ Ưu điểm: làm việc tin cậy, độ điều chỉnh rộng.

+ Nhược điểm: kết cấu phức tạp, giá thành cao nên chỉ dùng cho các

máy phát công suất trung bình và nhỏ.

2. Hệ thống kích từ dùng máy phát xoay chiều và chỉnh lưu

a. Hệ thống kích từ dùng máy phát xoay chiều tần số cao và chỉnh

lưu

w 3 w 2 w 1

F f

w f

TĐK

Hình 2.3: Hệ thống kích từ dùng máy phát xoay chiều tần số cao và chỉnh lưu

Máy phát xoay chiều tần số cao được chế tạo theo kiểu cảm ứng.

Rôto không có cuộn dây mà chỉ có 10 rãnh trên bề mặt rôto.Cuộn kích từ

đặt ở phần tĩnh, từ thông thay đổi được là nhờ kết cấu răng rãnh. Dòng điện

và tần số của máy kích từ tần số 500Hz được nối trực tiếp qua chỉnh lưu

cấp cho cuộn dây kích từ chính của máy phát.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Cuộn dây kích từ chính WF được nối với tải của nó là cuộn dây W1

của máy xoay chiều tần số cao và được nối nối tiếp. Các cuộn W2 và W3

được cung cấp qua bộ TĐK, bộ này nhận tín hiệu từ đầu cực của máy phát

chính.

+ Ưu điểm: sơ đồ này có ưu điểm hơn hệ thống kích từ dùng máy

phát một chiều, thường được dùng cho những máy có công suất lớn.

+ Nhược điểm: vẫn còn tồn tại vành trượt và chổi than để cung cấp

b. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều không vành

dòng một chiều kích từ cho rôto máy phát đồng bộ.

trượt.

Phần quay

TĐK

Hình 2.4: Hệ thống kích từ không vành trượt

Với hệ thống này ta nhằm mục đích tăng công suất kích từ lớn hơn.

Trong hệ thống người ta dùng một máy phát xoay chiều 3 pha quay cùng

trục với máy phát chính làm nguồn cung cấp.

Máy phát kích từ xoay chiều có kết cấu đặc biệt, cuộn kích từ đặt ở

stato, còn cuộn dây ba pha đặt ở rôto. Dòng xoay chiều ba pha tạo ra ở máy

phát kích đuợc chỉnh lưu thành một chiều nhờ bộ chỉnh lưu công suất lớn.

Cuộn dây kích từ của máy phát chính nhận trực tiếp dòng một chiều qua

chỉnh lưu không qua vành trượt và chổi than.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Để cung cấp dòng một chiều cho cuộn dây kích từ của máy phát kích

người ta dùng một bộ chỉnh lưu có điều khiển mà nguồn cung cấp của nó

có thể lấy từ một máy phát xoay chiều tần số cao hoặc từ một nguồn cụ thể

khác.

Bộ TĐK tác động trực tiếp vào bộ chỉnh lưu có điều khiển. TĐK

nhận tín hiệu ở đầu cực máy phát qua bộ BI và BU làm thay đổi dòng kích

từ của máy phát kích dẫn đến làm thay đổi dòng điện kích từ của máy phát

chính.

+ Ưu điểm: Máy phát kích từ có công suất lớn, điện áp kích từ giới

hạn lớn, hằng số thời gian điều chỉnh kích từ nhỏ.

+ Nhược điểm: kết cấu của máy phát điện chính phức tạp dẫn đến giá

thành cao.

3. Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển.

Để có điện áp kích từ giới hạn lớn thì tốc độ tăng điện áp kích từ

càng nhanh. Tức là hằng số thời gian của hệ thống kích từ nhỏ, hằng số này

phụ thuộc vào tín hiệu ra của bộ tự động điều khiển kích từ (TĐK) và hệ

thống kích từ cụ thể. Vì vậy hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển

là hợp lý hơn cả, xung điều khiển nhờ tác động của TĐK, bộ này nhận tín

hiệu từ đầu ra của máy phát và tác động trực tiếp vào điện áp kích từ của

máy phát.

TĐK

Hình 2.5: Sơ đồ kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Với sơ đồ này dòng một chiều được cung cấp cho cuộn kích từ được

nhận từ một nguồn từ máy phát xoay chiều hoặc lấy điện áp ra ở đầy cực

máy phát qua chỉnh lưu có điều khiển. Chỉnh lưu này được dùng bằng các

Tiristo hoặc chỉnh lưu thuỷ ngân có cực điều khiển có công suất lớn. Xung

điều khiển được nhận trực tiếp từ bộ TĐK, bộ này lấy tín hiệu từ đầu ra của

máy phát để làm thay đổi dòng, áp kích từ của máy phát.

+ Ưu điểm: hệ thống kích từ đơn giản, điều khiển rất nhanh, làm việc

tin cậy nên được áp dụng rộng rãi trong các máy có công suất lớn.

2.3. Một số sơ đồ kích từ của máy phát đồng bộ tự kích

Tương tự như máy phát một chiều, máy phát đồng bộ cũng có thể tự

kích. Trường hợp này cuộn dây kích từ của máy đồng bộ được nạp điện từ

phần ứng của máy phát qua chỉnh lưu. Để thực hiện quá trình tự kích và ổn

định điện áp ta dùng nguyên tắc khử hoặc hoạt động theo nguyên lý điều

chỉnh (gọi là bộ điều chỉnh phức hợp pha). Khử ảnh hưởng của tải lên máy

phát bằng cách tạo ra sự phụ thuộc của dòng kích từ với dòng tải cả về giá

trị lẫn về pha. Ta có 2 phương pháp tạo điện áp nạp cuộn kích.

1. Thực hiện cộng nối tiếp tác dụng của mạch áp và dòng rồi qua chỉnh

lưu không điều khiển.

Hình 2.6: Sơ đồ dây nối máy phát tự kích ở hệ

thống khử dòng tải thực hiện cộng nối tiếp

2. Thực hiện cộng song song tác dụng của mạch áp và dòng.

Hình 2.6: Sơ đồ dây nối máy phát tự kích ở hệ thống

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

khử dòng tải thực hiện cộng song song có cuộn cảm

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Những bộ phận chính của 2 sơ đồ trên

D: cuộn cảm

PP: bộ biến dòng

Cuộn kháng D đặt ở mạch điện áp có nhiệm vụ là tạo sự phụ thuộc

của điện áp máy phát với góc công suất và sự giảm nhiệt độ của cuộn dây

lên máy phát.

Từ hai nguyên lý tổng quát trên, để thực hiện quá trình ổn định điện

a. Hệ thống phức hợp pha không điều chỉnh.

áp cho máy phát ta có thể sử dụng một số hệ thống phức hợp pha như sau:

Hệ thống này đơn giản, tin cậy, thời gian trở về của điện áp ổn định

phụ thuộc vào các thông số của máy. Dòng ổn định của hệ thống được xác

định bằng tổng trở mạch ngoài, đặc tính ngắn mạch và các thông số của

b. Hệ thống phức hợp pha điều chỉnh.

mạch điều chỉnh.

Hệ thống này tăng độ chính xác ổn định điện áp máy phát, hệ thống

được kết hợp cả 2 phương pháp là khử và điều chỉnh. Khác với hệ thống

phức hợp pha không điều chỉnh là phản ảnh lên sự thay đổi nhiệt độ và tốc

độ. Tín hiệu tạo ra ở khâu phụ này tỷ lệ với sai số và được dẫn tới bộ phận

phức hợp có điều khiển hoạt động theo hướng làm giảm sai số. Độ chính

c. Hệ thống có điều chỉnh (mắc song song)

xác của hệ thống phụ thuộc vào từng loại hệ thống phụ.

Hệ thống này chỉ có phản hồi điện áp của phần ứng. Bằng cách giải

quyết này ta đã đơn giản đi rất nhiều nên hệ thống có kích thước và trọng

lượng nhỏ hơn nhiều so với bộ phức hợp pha.

2.4. Điều kiện tự kích của máy phát điện đồng bộ.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Điều kiện tự kích của máy phát điện đồng bộ là : có lượng từ dư đủ

lớn trong các cực từ để khi rôto quay tạo ra sức điện động Edư trong dây

quấn phần ứng. Nếu máy mới sử dụng lần đầu hoặc mất từ dư thì phải dùng

nguồn ngoài (ắc quy...) để kích từ lại.

Dòng kích từ phải tạo ra từ trường cùng chiều với từ dư trong máy.

Nếu từ trường do dòng kích từ tạo ra ngược chiều với từ trường do từ dư

sinh ra thì sẽ bị khử từ dư và máy phát sẽ không thể thành lập được điện áp

ở đầu cực.

Có điện trở mạnh kích từ nhỏ đẻ đảm bảo cho sự gia tăng của dòng

kích từ. Làm cho từ trường tăng lên trong quá trình tự kích cho đến khi đạt

được điện áp ra ổn định.

Nhằm cải thiện điều kiện tự kích người ta dùng hai phương pháp sau:

a. Dùng miếng đệm bằng nam châm vĩnh cửu tại các cực từ.

b. Tăng dòng kích từ bằng cộng hưởng, ta mắc nối tiếp các tụ điện và

các cuộn kháng. Để đảm bảo cho quá trình tự kích thì: Xc ≥ XΣ và tần số

cộng hưởng được chọn từ 85% đến 90% tần số định mức của máy. Trong

hệ thống phức hợp pha có điều chỉnh thì không nên dùng tụ bởi vì lúc này

tụ điện có ảnh hưởng đến bộ tự động điều chỉnh điện áp (TĐK) của hệ

thống.

Ngoài những biện pháp trên, để cho quá trình tự kích được dễ dàng

người ta còn sử dụng:

+ Sử dụng mạch phụ nạp từ các cực của máy phát, mạch này sẽ tự

động ngắt ra khi quá trình tự kích đã kết thúc.

+ Mắc song song các phần tử có trong mạch điện áp một điện trở

nhỏ.

+ Dùng một nguồn ngoài (ắc quy hoặc máy phát tốc) trong quá trình

tự kích.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MỘT PHƯƠNG ÁN

3.1. Tính toán mạch động lực:

1. Tính toán các thông số của máy phát:

Số liệu ban đầu:

Máy phát chính F có:

S = 200KVA, Uđm = 400V, f = 50Hz.

Cuộn kích từ có:

UKT = 60V; iKT = 56A

Máy phát kích FK có:

I = 60A UK = 60V;

Cuộn dây kích từ phụ CKFK có:

r = 100Ω iKT = 0,56A

Rơ le điện áp RL có:

Hút ở 280V nhả ở 140V

Khi có thêm điện trở R = 56KΩ thì:

Hút ở 300 x 1,7

Nhả ở 180 x 1,7

- Dòng điện định mức của máy phát chính:

200 . 103 Sđm = = 288,7(A) Iđm =

. 400 Uđm

- Điện áp pha định mức máy phát chính

Ifđm = Uđm = 400 = 230,9(A)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

- Điện áp định mức của máy phát kích:

UđmFK = 60(V)

- Công suất định mức của máy phát kích

P = UđmFK . Iđm = 60 x 60 = 3,6(KW)

- Điện áp định mức của cuộn dây kích từ máy phát kích

UKTđmFK = iđm . rKT = 0,56 x 100 = 56(V)

2. Tính chọn van cho mạch lực:

id = 0,56 A

rkt = 100 Ω

Ufđm = 231 V

a. Tính chọn Tiristo (Th):

Hình 3.1: Sơ đồ mạch lực

Điện áp tải sau chỉnh lưu chính là điện áp định mức của cuộn dây

kích từ máy phát kích:

Ud = UKTđmFK = 56(V)

Điện áp ngược lớn nhất van phải chịu là:

. 231 = 326(V) Ungmax = Ufđm =

- Dòng điện làm việc của Th chính là dòng định mức qua cuộn dây

kích từ của máy phát kích.

ILVth = id = 0,56(A)

Để cho Th làm việc an toàn khỏi bị đánh thủng ta phải chọn hệ số dự

trữ:

Đối với điện áp ta nên chọn: Ku = 1,6

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Đối với dòng điện: khi làm việc có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện

tích bề mặt nên chọn dòng làm việc bằng 40% dòng điện định mức van

(Iđmv≥ 2,5Ilv).

Vậy ta chọn Th chịu được điện áp ngược và dòng điện:

U'ngmax = Ungmax . Ku = 326 x 1,6 = 522(V)

Iđmth = 2,5 . ILVth = 2,5 x 0,56 = 1,4(A)

Căn cứ vào 2 giá trị trên ta chọn Th do hãng Thomson sản xuất loại

BKY54 - 600T có các thông số:

Iđm = 2(A)

Ungmax = 600(V)

Ug = 1,5(V)

Ig = 10(mA)

di/dt = 200(A/μs)

du/dt = 100(V/μs)

b. Tính chọn mạch cấp xung điều khiển:

ΔUth = 0,7(V)

Mạch tạo xung mồi ban đầu có tác dụng tạo một xung điện áp và

dòng tác động vào cực điều khiển của Th, kích Th mở và cấp dòng điện

Ug = 1,5 V

kích từ cho máy phát kích.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Để đảm bảo Ig = 10(mA) và Ug = 1,5(V) thì ta phải chọn dòng điện

qua R0 phải lớn hơn gấp nhiều lần dòng Ig, để khi cấp dòng Ig cho Th thì

không làm ảnh hưởng đến trạng thái của Tr3.

Vậy ta chọn: IR0 = 14. Ig = 14 . 10 = 140(mA)

Ta có phương trình cân bằng điện áp như sau:

(3- 1) Ug = Ig . R2 + ΔUD6 + IR0 . R0

Lý tưởng ta chọn ΔUD6 = 0,6(V)

Để tính được R2 ta chọn R0

Vậy chọn R0 = 5(Ω)

Δ−

−

Từ (4 - 1) suy ra:

6D I

−

R2 =

5.14,06,05,1 − 01,0

= 20(Ω) R2 =

+ Chọn Điôt D6:

Dòng làm việc của D6 chính là dòng Ig.

ID6 = Ig = 10(mA)

Với chỉnh lưu 1/2 chu kỳ thì D6 phải chịu điện áp ngược là:

. 1,5 = 2,12(V) UngmaxD = . Ug =

Ngoài ra để điôt làm việc an toàn và không bị đánh thủng thì ta phải

chọn hệ số dự trữ về dòng và áp cho van.

Theo tài liệu tham khảo 3 ta chọn như sau:

Đối với điện áp: KU = 1,6

Đối với dòng điện: KI = 1,2

Vậy ta chọn điôt chịu được dòng điện và điện áp ngược như sau:

U'ngmaxD = KU . Ungmax = 1,6 x 2,12 = 3,4(V)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

IđmD = KI . ILV = 1,2 x 10 = 12(mA)

Căn cứ vào các thông số trên ta chọn điôt có loại Iд9B do Nga sản

xuất có các thông số sau:

Iđm = 20(mA)

UN = 30(V)

c. Tính nguồn cung cấp cho mạch phát xung:

R16

Zd1

ΔU = 1(V)

Zd2

Ufđm = 220 V

Với loại điôt Zener thì loại có điện áp ổn Uổn = 8(V) là ưu việt nhất.

Vậy ta chọn loại điôt Zener do Nga sản xuất, ký hiệu д814B có:

UZ = 8 ÷ 9,5(V)

Imin = 2(mA)

Imax = 32(mA)

Theo sơ đồ ta dùng 2 zener mắc nối tiếp nên ta có: Uổn = 16(V)

+ Chọn điôt chỉnh lưu D5.

Dòng điện làm việc của điôt chính là dòng điện lớn nhất:

ID = Imax = 32(mA)

Vì sơ đồ chỉnh lưu 1/2 chu kỳ nên van phải chịu điện áp ngược là:

Ungmax = . Uổn = . 16 = 22,6(V)

Tương tự để van làm việc an toàn và không bị đánh thủng thì ta chọn

hệ số dự trữ cho van.

Chọn KU = 1,6

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Ở đây ta cho van làm việc có cánh tản nhiệt đầy đủ diện tích bề mặt,

có quạt thông gió nên ta được phép chọn: Iđmv = 2.5 ID, tức là cho phép van

làm việc tới 40% Iđmv.

Vậy ta phải chọn điôt có dòng định mức và chịu được điện áp ngược

như sau:

IđmD5 = 2,5Ilv = 2,5 . 32 = 80(mA)

U'ngmaxD5 = KU . Ungmax = 1,6 . 22,6 = 36,2(V)

Vậy tra bảng 4 tài liệu tham khảo 3 ta chọn điôt KYZ70 có:

Ung = 50(V) IDmax = 2(A)

+ Tính điện trở R16

Để đảm bảo cho nguồn có Uổn = 16(V) thì ta chọn nguồn khi chưa có

điôt ổn áp ZD1 và ZD2 là: U = 20(V) = VBB nhằm đảm bảo cho sự sụt áp trên

điện trở R16 và điôt D5.

Vậy ta có phương trình:

UR16 = Ulưới - ΔUD5 - VBB

= 6,2(KΩ)

UR16 = 220 - 0,6 - 20 = 199,4(V)

4,199 −

U I

10.32

max

Suy ra: R16 =

3.3. Tính toán mạch điều khiển

1. Tính mạch tạo xung khi rơle điện áp RL hút

Để tính toán chọn các linh kiện trong mạch tao xung ta dựa vào dòng

điện xung, điện áp xung cần mở Tiristo và điện áp nguồn nuôi (E).

Với tính toán ở trên ta được E = 16(V)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Tr1

Tr2

E = 16 v

Tr3 Ro

Hình 4.3: Bộ tạo xung

a. Chọn Tr3, Tr2:

+ Việc họn Tr3 bắt đầu từ dòng emitơ IETr3

Theo (4 - 2) đã tính IR0 = 140(mA)

Suy ra IETr3 = Ig + IR0 = 10 + 140 = 150(mA)

Ngoài ra trong việc chọn Tranzito, để đảm bảo cho Tranzito làm việc

an toàn thì UCE0 lúc hở mạnh nằm trong khoảng (1,5 ÷ 2)E của nguồn nuôi.

Vậy ta chọn Tr3 loại Nhật Bản chế tạo, ký hiệu: 2SC182 - SN có các

thông số sau:

UCB0 = 25(V)

UEB0 = 5(V)

IC = 150(mA)

β = 55: hệ số khuyếch đại

+ Chọn Tranzito (Tr2):

Để chọn Tr2 ta dựa vào thông số của Tr3 và phải đảm bảo.

ICTr2 = IBTr3

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

UCB0Tr2 = UCB0Tr3

Mà theo thông số của Tr3 ta có:

= 2,7(mA)

IBTr3 =

150 55

3CTr = β

Vậy: ICTr2 = IBTr3 = 2,7(mA)

UCB0Tr2 = UCB0Tr3 = 25(V)

Nên ta chọn Tr3 loại 2SA243 - GP, do Nhật Bản chế tạo làm việc ở

chế độ xung, có các thông số như sau:

UCB0 = 25(V)

UEB0 = 0,4(V)

IC = 5(mA)

β = 20

Tính dòng điện trên các cực của Tranzito (Tr2)

= 0,25(mA)

IBTr2 =

5 20

2CTr = β

IETr2 = (1 + β) IBTr2 = (1 + 20) . 0,25 = 5,25 (mA)

b. Tính các điện trở phân áp R3 và R4.

Để tính các điện trở R3 và R4 ta phải dựa vào các thông số của Tr2 và

Tr3 đã chọn.

Theo tài liệu tham khảo 3 có thể áp dụng công thức gần đúng sau:

(βTr2 + 1)(Rtđ + R0)(η.E +

ΔUTr2)

R3 =

η(βTr3 . βTr2 - 1)ΔUtđ

Trong đó:

η = 0,5 ÷ 0,85: hệ số cấu trúc.

Chọn: η = 0,85

βTr2 = 55

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

βTr3 = 20

Rtđ = RBETr2// RBETr3 = 10 ÷ 12

Ở đây ta chọn Rtđ = 11(Ω): điện trở tương đương

ΔUtđ = ΔUBETr2 + ΔUCETr3 =

− Si

−

5,0 ⎧ ⎨ 1 ⎩

Với:

ΔUBETr2 =

ΔUCETr3 =

Ge Si

− −

Ge − Si −

3,0 ⎧ ⎨ 6,0 ⎩

15,0 ⎧ ⎨ 3,0 ⎩

Như vậy ta có: ΔUtđ = 0,5(V)

55(

)3,0

= 26,66(Ω)

R3 =

11)(1 + 20.55(85,0

16.85,0)(5 + 5,0).1 −

Vậy ta chọn R3 = 27(Ω)

+ Tính điện trở R4

= 153 (Ω)

R4 =

27.85,0 85,01

R. 3 η 1 η−

−

Theo sơ đồ hình 4 - 3 ta coi dòng IR3 ≈ IR4

Nên ta suy ra:

IR3 =

U R

Mà UB = ΔUCETr3 + Ug = 0,3 + 1,5 = 1,8(V)

Vậy: IR3 = IR4

12(mA)

8,1 153

c. Tính chọn tụ điện C2.

Tụ C2 có nhiệm vụ nạp và phóng cho dòng chảy qua bộ khuyếch đại

và tạo ra một xung điện áp và dòng điện trên R0 cấp trực tiếp vào cực điều

khiển của Tiristo. Khi rơle điện áp RL tác động hút tiếp điểm RL2 và nhả

tiếp điểm RL1 thì tụ C2 được nạp qua R5 và điện trở động của Tr1, khi điện

áp Uc = Umở thì tụ C2 phóng. Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Um = ηE + ΔUTr2

Um = 0,85 . 16 + 0,3 = 14(V)

Khi điện áp UC = UD thì tụ tiếp tục nạp và chuẩn bị cho lần phóng

tiếp theo.

Với UD = 0,5(V) là điện áp rơi trên cực emitơ Tr1 khi ở trạng thái

mở.

Để tính tụ C2 ta dựa vào hằng số thời gian nạp tụ:

τnạp= (R5 + RđTr1)C2

. α, với α là góc mở của Th, ta chọn tải điều

Trong đó: τnạp =

T 360

chỉnh với góc mở là: α = 300 ÷ 1200.

Và ta có:

T =

= 0,02(s)

1 f

1 50

T: là hằng số thời gian 1 chu kỳ của điện áp

d. Chọn Tranzito (Tr1)

Để Tranzito (Tr1) làm việc an toàn ta phải chọn Tranzito có:

IETr1 = IETr2 = 5,25(mA)

Vậy ta chọn Tr1 loại 2SA442 - GP do Nhật Bản chế tạo có các thông

số sau:

UCB0 = 20(V)

UCE0 = 20(V)

IC = 5(mA)

β = 25

+ Xác định dòng điện trên các cực của Tr1

= 0,2(mA)

IBTr1 =

25,5 25 1 +

I 1ETr 1 β+

ICTr1 = β . IBTr1 = 25 . 0,2 = 5(mA)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

+ Xác định điện trở động của Tr1

Như đã biết điện trở động của Tr1 có ảnh hưởng đến dòng chạy qua nó:

Rđộng max ứng với IEmin

Rđộng min ứng với IEmax

Để xác định được điện trở động của Tr1 ta phải dựng đặc tuyến ra

của nó dựa vào các số liệu đã có.

Đặc tuyến ra có dạng IC = f(UCE)

Ta có:

ICmax = 5(mA)

IBmax = 0,2(mA)

Từ IBmax = 0,2(mA) ta chia thành những khoảng có ΔIB = 0,05 và b

IBmin = 0,005(mA), rồi dựng đường đặc tính IB = f(UCE). Sau đó ta dựng

đường đặc tính tải tĩnh có toạ độ (UCC/R5; UCC).

IC (mA)

IBmax = 0,2 mA

ICmax = 5

IB = 0,1 mA

ICđm

IBmin = 0,005 mA

ICmin = 0,125

UCEđm

UCEmin

Ucemax

Uce

UCC

Hình 3.4: Đặc tuyến ra của Tr1

Theo đặc tuyến hình (3 - 4) ta có:

Ứng với ICmax = 5(mA) ta tính được IBmax = 0,2(mA)

Ứng với ICmin = 0,125(mA) với IB = 0,005(mA)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Để tính được tụ C2 ta phải chọn điện trở R5. Ở đây ta chọn

R5 = 3,2(KΩ).

Vậy khi IB tăng từ 0,1(mA) đến 0,2(mA) thì trên hình (4 - 4) ta có

IC = 4,8(mA)

Vậy: UCEmin = UCC - IC . R5

UCEmin = 16 - 4,8 . 3,2 = 0,64(V)

Và khi giảm IB từ 0,1 đến 0,005 thì núc này IC = 0,125(mA)

Nên UCEmax = UCC - IC . R5

UCEmax = 16 - 0,125 . 3,2 = 15,6(V)

Xác định chế độ định mức tại điểm làm việc tĩnh A

−

max

minC

= 2,44(mA)

ICđm =

− 2

125,05 2

max

min

= 7,5(mA)

ICEđm =

− 2

64,06,15 − 2

Điện trở động ứng với dòng ICmax:

inmEC

= 128(Ω)

Rđmin =

U I

64,0 − 10.5

axmC

Điện trở động ứng với dòng ICmin:

axmEC

= 125(KΩ)

Rđmax =

−

U I

6,15 10.

125,0

inmC

* Xác định chu kỳ nạp tụ điện C2 + Trường hợp góc mở αmin = 300

= 0,0017(s)

30.

Ta có: τnạp =

min

02,0 360

T 360

+ Trường hợp góc mở αmax = 1200

= 0,0067(s)

120.

τnạp =

α axm0

02,0 360

T 360

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

2π

αmin α

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

* Xác định điện dung tụ C2

+ Trường hợp chu kỳ nạp là nhỏ nhất.

= 0,51(μF)

=> C2 =

n¹pmin R +

,0 10.2,3

128

0017 3 +

dmin

+ Trường hợp chu kỳ nạp là lớn nhất

τnạp min = (R5 + Rđmin) . C2

= 0,052(μF)

=> C2 =

n¹pmax R +

,0 3 10.2,3

10.125

0067 +

dmax

Căn cứ vào 2 giá trị đã tính ở trên ta phải chọn tụ C2 = 0,51(μF).

τnạp max = (R5 + Rđmax) . C2

2. Tính toán cầu đo

R10

R11

R13

Ev = 12 v

R12

Zd3

Ura = Uđk

Ubetr1

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Hình 3.6: Sơ đồ cầu đo

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Giả thiết điện áp cầu đo ở chế độ định mức là Ev = 12(V). Điện trở

R10 hoạt động như một biến trở để điều chỉnh tĩnh, khi tính toán ta coi như

điện áp rơi trên nó là: UR10 = 0 (điều chỉnh về 0).

Ta có: EV = UAB = UR11 + UR12 = UR13 + UổnZD3

Chọn điôt ổn áp do Liên Xô cũ chế tạo ký hiệu д184b có các thông

số sau:

Uổn = 8(V)

Imin = 2(mA)

Imax = 32(mA)

Uổn

Imin

Iđm zd

Imax

Hình 3.6: Đường đặc tính của Zener

Dòng điện làm việc ở chế độ định mức:

min

max

= 17(mA)

IđmZD3 =

+ 2

32 + 2

Dòng điện vào cầu đo

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Id = 2Imax = 2 . 32 = 64(mA)

Tính điện trở R13

Ta có:

UR13 = IR13 . R13

Mà ta có: UR13 = UAB - UổnZD3 = E - UổnZD3

UR13 = 12 - 8 = 4(V)

13R

= 235,3(Ω)

R13 =

−

U I

4 10.17

13R

Vậy ta chọn R13 = 235(Ω)

Để có Ura = Uđk = 4(V) thì ta phải chọn UR12 = 4(V) vì:

Ura = UổnZD3 - UR12

Ura = 8 - 4 = 4(V)

Mặc khác ta có dòng điện ở 2 nhánh của cầu là như nhau:

IR12 = IđmZD3 = 17(mA)

Vậy ta được:

12R

= 235(Ω)

R12 =

−

U I

4 10.17

12R

Tương tự ta có: UR11 = UAB - UR12

UR11 = 12 - 4 = 8(V)

11R

= 471(Ω)

Vậy: R11 =

−

U I

8 10.17

11R

Như đã phân tích ở trên thì R10 chỉ dùng với mục đích hạn chế dòng

Id và nó làm việc như một chiết áp. Vậy ta có thể chọn R10 sao cho thích

hợp.

Ở đay ta chọn R10 = 40(Ω)

- Tính điện áp ra của cầu đo ở chế độ định mức.

Ta dựng đặc tính ra của cầu phi tuyến.

Uổn

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

Uzdđm

K1

Ura = Uđk

URđm

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Ta có: Urađm = Uđkđm = UổnZD3 - UR13

Urađm = 8 - 4 = 4(V)

+ Tính điện trở vào của Tranzito (Tr1): R6

Để đảm bảo dòng điện ra Iđk không làm ảnh hưởng đến trạng thái của

cầu đo thì yêu cầu IđmZD ≥ 5 . Ira. Mặc khác ta phải đảm bảo Ira = IBTr1.

Vậy ta chọn Ira = 2(mA)

Vậy

Uđk

=2(KΩ)

R6 =

2 . 10-3

IBTr1

3. Tính toán máy biến áp và chọn van chỉnh lưu.

R14

Ba2

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

Hình 3.9: Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Để tính toán thiết kế máy biến áp và chọn van ta dựa vào những giả

thiết ban đầu. Điện áp định mức vào cầu phi tuyến và dòng điện chính là

điện áp trung bình và dòng điện tải sau chỉnh lưu.

Ud = Ev = 12(V)

Id = Iđm = 64(mA)

a. Tính chọn tụ lọc C6

Khi điện áp xoay chiều thứ cấp của máy biến áp được chỉnh lưu

thành các nửa chu kỳ dương lặp lại của điện áp hình sin. Vì vậy điện áp sau

chỉnh lưu có hình dạng nhấp nhô, để điện áp này trở nên bằng phẳng và có

hình dạng gần như một chiều người ta mắc thêm bộ tụ lọc.

Biên độ điện áp sau chỉnh lưu.

Mức tối thiểu của điện áp ra là Emin.

Mức tối đa của điện áp ra là Emax.

Thời gian nạp tụ:

- thời gian ứng với θ.

t1 =

T 4

Thời gian phóng tụ là:

t2 = + thời gian ứng với θ

T 4

Trong đó

là thời gian ứng với 900

T 4

U Um Ud

Emin

ΔUc = Ugs

Emax t

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

90°

2π θ

K1

T

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Emin = Emax . sinθ

min

Hay: θ = arcsin

E E

max

Nếu Id được coi là không đổi thì ta có:

Ugs

Id =

d.C 6 D

Trong đó Ugs là điện áp gợn sóng và chính là độ dao động điện áp

của chỉnh lưu khi có tụ C6.

Vậy ta suy ra được:

C6 =

t.I 2d U

Hoặc ta có thể tính theo công thức:

−

U Δ U

1 f.R.2.C.m 6

1 f.R.C.m 6

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

Trong đó:

mx: là số xung áp của điện áp đầu vào bộ lọc trong một chu kỳ

điện áp nguồn.

f: tần số

Rt: điện trở tải

C6: tụ lọc

ΔUc = Ugs: điện áp gợn sóng.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Giả thiết là: ΔUc = Ugs= 15%Ud

Nên ta được:

= 1,8(V)

12x15 100

Vậy:

= 12 -

= 11,1(V)

Emin = Ud -

8,1 2

Ugs 2

= 12 +

= 12,9(V)

Emax = Ud +

Ugs 2

8,1 2

min

= arcsin

= 590

=> θ = arcsin

1,11 9,12

E E

max

Ta tính thời gian phóng của tụ C6

+ thời gian ứng với góc θ

t2 =

T 4

(900 + 590)

Hay t2 =

T 360

Mà: T =

= 0,02(s)

1 f

1 50

(900 + 590) = 0,0083(s) = 8,3(ms)

Vậy: t2 =

02,0 0 360

3 −

10.64

= 295(μF)

Suy ra: C6 =

t.I 2d U

3 − 10.3,8. 8,1

Để đảm bảo chất lượng dòng một chiều sau chỉnh lưu nên ta mắc

thêm tụ lọc C5, nhưng để đảm bảo dòng đưa đến cầu đo là chính xác và độ

nhạy thì tụ C5 không thể quá lớn. Ta có thể tính toán như trên bộ tụ C6.

Vậy ta có thể chọn C5 = 290(μF)

b. Tính toán và chọn van chỉnh lưu:

Ta có điện áp ra của cầu chỉnh lưu là:

ΔUc = Ugs =

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Ud =

max

2 π

=> U2max =

U. dπ 2

Với: Ud = E = 12(V) như ta giả thiết.

= 18,8(V)

Vậy: U2max =

12.14,3 2

Giá trị hiệu dụng của điện áp vào của chỉnh lưu

= 13,3(V)

UV =

U max 2 2

8,18 2

Dòng điện trung bình chạy trong mỗi van:

= 32 (mA)

ID =

64 2

Id 2

Dòng điện vào cầu đo là:

IV = Id . 1,11 = 64 x 1,11 = 71(mA)

Để đảm bảo an toàn cho điôt ta phải chọn hệ số dự trữ về dòng và áp.

Theo tài liệu tham khảo 3 ta chọn như sau:

KI = 1,2: hệ số dự trữ về dòng

KU = 1,6: hệ số dự trữ về áp

Vậy ta phải chọn điôt chịu được điện áp ngược và dòng điện như

Ungmax = KU . U'ngmax = 1,6 . 18,8 = 30(V)

I'đmD = KI . IDlv = 1,2 . 32 = 38,4(mA)

Căn cứ vào các số liệu đã tính ta chọn điôt loại 206 do Liên Xô chế

tạo có thông số sau:

IđmD = 0,1(A)

Ung = 100(V)

ΔU = 1(V)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Vì các van là hoàn toàn giống nhau nên ta chọn D1, D2, D3, D4 cùng

loại và có thông số như đã chọn ở trên.

c. Thiết kế máy biến áp

+ Ta có công suất tác dụng của phụ tải:

Pd = Udo . Id

Trong đó:

Udo = Ud + ΔUV + ΔUR + ΔUX.

Với: ΔUV, ΔUR, ΔUX: là sụt áp trên van, trên điện trở và điện kháng

của máy biến áp.

Vì đây là loại máy biến áp có công suất nhỏ nên độ sụt áp trên điện

trở là tương đối lớn khoảng 4%, trên điện kháng khoảng 1,5%, độ sụt áp

trên 2 van nối tiếp là: ΔUV = 2ΔU = 2(V)

Do đó: Udo = 12 + 2 + 12(4% + 1,5%)

Udo = 12 + 2 + 12(0,04 + 0,015) = 14,66(V)

Vậy: Pd = 14,66 . 64 . 10-3 = 0,94(W)

Công suất toàn phần của máy biến áp

Sba = Ks . Pd

Trong đó: Ks là hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực.

Vì ta dùng sơ đồ cầu chỉnh lưu một pha nên tra bảng 2 tài liệu tham

khảo 3 ta được : Ks = 1,23.

Vậy: Sba = 1,23 . 0,94 = 1,16(W)

* Tính toán mạch từ máy biến áp

Chọn mạch từ có hình dạng như sau:

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Hình 3.11. Mạch từ máy biến áp

Tiết diện trụ giữa được tính theo công thức gần đúng như sau:

QFe = K

Sba f.m

Trong đó:

K: là hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát.

K = 4 ÷ 5 nếu là biến áp dầu.

K = 5 ÷ 6 nếu là biến áp khô.

Vậy ta chọn K = 6 ứng với máy biến áp khô.

m = 1 là số trụ tác dụng của máy biến áp (vì ở đây ta dùng máy biến

áp 1 pha).

f = 50Hz: tần số lưới điện .

Vậy ta được:

= 0,91(cm2)

QFe = 6 .

16,1 50.1

Căn cứ vào kết quả tính được ta tra bảng II-2 tài liệu tham khảo 3 ta

chọn mạch từ có kích thước như sau:

a = 12(m)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

h = 30(mm)

c = 12(mm)

C = 48(mm)

H = 42(mm)

b = 10(mm)

Chọn vật liệu làm mạch từ là tôn silic tổn thất 1,3(W/kg), trọng

lượng 7,5(kg/dm3). Bề dày mỗi lá tôn là 0,2(mm).

Từ những số liệu trên ta có thể tính được trọng lượng sắt của mạch từ

như sau:

GFe = GFet + GFeg

Trong đó:

GFet: là trọng lượng sắt trong trụ.

GFeg: là trọng lượng sắt trong gông.

Ta có:

GFet = h . 2 . St . γFe

Với: St = a . b = 12 . 10 = 1,2(cm2) là tiết diện trụ giữa của máy biến áp.

Vậy GFet = 30 10-3 . 2 . 1,2 . 10-2 . 7,5 = 0,054(Kg)

Tương tự ta có:

GFeg = C . Sg . γFe

: tiết diện gông

Và Sg = 2

hH − 2

⎞ b. ⎟ ⎠

⎤ ⎥ ⎦

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎣

= 120(mm2)

Sg = 2

− 2

⎞ 10. ⎟ ⎠

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

Vậy GFeg = 48 . 10-2 . 120 . 10-4 . 7,5 = 0,0432(Kg

Cho nên ta được:

GFe = 0,054 + 0,0432 = 0,0972(Kg) = 97,2(g)

γFe: trọng lượng riêng của Fe.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

+ Chọn mật độ từ cảm trong các trụ là:

Bm = 1,1(Tecla)

* Tính toán dây quấn

Số vòng dây cuộn sơ cấp:

W1 =

U 1 B.Q.f.44,4

Trong đó:

U1 = 220(V)

QFe : tiết diện lõi thép

Bm : mật độ từ cảm

220

= 7507(vòng)

Vậy W1 =

2−

10.2,1.50.44,4

11.

Số vòng dây của cuộn thứ cấp.

Ta có thể tính theo công thức:

W2 = KU . W1

Với KU là tỷ số biến áp chọn KU = 0,28

Vậy W2 = 0,28 x 7507 = 2115(vòng)

Chọn mật độ dòng điện

J1 = J2 = 2,75(A/mm2) theo tài liệu tham khảo 3

+ Đường kính dây được tính theo công thức

d =

I4 J. π

Vậy ta có đường kính dây quấn sơ cấp là:

d1 =

I4 1 J. π

Trong đó:

I1 = KU . I2 = 0,28 . 71 = 20(mA)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

3−

= 0,096(mm)

d1 =

Tra bảng II-3 tài liệu tham khảo 3 ta chọn dây π∋Л-1 có:

Đường kính tính toán: dtt = 0,1(mm)

Đường kính kể cả cách điện: dcđ = 0,125(mm) Tiết diện: S = 0,00785(mm2)

Trọng lượng: GU = 0,0698(g/m)

Điện trở suất: ρcu = 2,291(Ω/m)

- Đường kính dây quấn thứ cấp.

−

= 0,18(mm)

10.20.4 75,2.14,3

d2 =

Tra bảng II-3, tài liệu tham khảo 3 ta chọn loại π∋Л-1 có:

dtt = 0,18(mm) S = 0,0254(mm2)

GU = 0,226(g/m)

= 10.71.4 75,2.14,3 I4 2 J. π

Đường kính ngoài: dcđ = 0,21(mm)

+ Tính số vòng dây trên mỗi lớp dây

h −

W11 =

Trong đó:

dn : đường kính dây quấn kể cả cách điện

hg : khoảng cách cách điện với gông, ta có thể chọn:

hg = 2dn = 2 . 0,125 = 0,25(mm)

25,0

30 −

= 238(vòng)

Vậy: W11 =

125,0

ρcu = 0,707(Ω/m)

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

+ Số lớp dây của cuộn sơ cấp là:

= = 32(lớp) Sld1 = W 1 W 7507 238

Trước khi quấn dây người ta lồng vào trụ một ống quấn dây làm

bằng vật liệu cách điện dày 1(mm).

+ Ta có đường kính của đường tròn ngoại tiếp trụ là:

2 10

2 a +

12 +

R = = = 15,6(mm)

Vậy ta chọn ống cách điện có đường kính ngoài là 18(mm).

R' = R + 0,2 = 18(mm)

+ Tính bề dày của cuộn dây sơ cấp có kể cả cách điện dày 0,1(mm)

e1 = 32 . 0,125 + 32 . 0,1 = 7,2(mm)

2,7

- Bán kính trung bình của dây quấn sơ cấp là:

e'R 1+ 2

18 + 2

= = 12,6(mm) r1 =

- Chiều dài dây quấn sơ cấp là: L1 = 2π . r1 . W1 . 10-3 L1 = 2 . 3,14 . 12,6 . 7507 . 10-3 = 594(m)

* Dây quấn thứ cấp

h −

25,0

30 −

+ Số vòng dây trên mỗi lớp:

21,0

= = 142(vòng) W22 =

+ Số lớp dây của cuộn thứ cấp:

2115 142

= = 15(lớp) Sld2 = W 2 W

+ Bề dày cuộn thứ cấp kể cả cách điện giữa 2 lớp với nhau, chọn loại

cách điện dày 0,1(mm):

e2 = 15 . 0,21 + 15 . 0,1 = 4,6(mm)

+ Bán kính trung bình của dây quấn thứ cấp:

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

6,4

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

e'R 2+ 2

18 + 2

= = 11,3(mm) r2 =

+ Chiều dài dây quấn thứ cấp:

L2 = 2π . r2 . W2 . 10-3 L2 = 2 . 3,14 . 11,3 . 2115 . 10-3 = 150(m)

* Điện trở dây quấn ở nhiệt độ 750C

+ Điện trơ cuộn sơ cấp

r1 = ρcu1. L1(1 + αt)

Trong đó:

α = 0,004: hệ số nhiệt điện trở t = 750C : nhiệt độ cuộn dây

ρcu1 = 2,291 (Ω/m)

Vậy r1 = 2,291 . 594(1 + 0,004 . 75) = 1,77(KΩ)

+ Điện trở cuộn thứ cấp:

r2 = ρcu2. L2(1 + αt)

r2 = 0,707 . 150(1 + 0,004 . 75) = 138(Ω)

BA1

R 14

R 15

220(V)

U f. áp

U v

* Tính máy biến áp BA1

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

Căn cứ vào sơ đồ ta có:

Uv = Ufdòng - Uf.áp

Trong đó:

Uf.dòng = KI . Iđm

Uf.áp = KU . I1

Với: KU = 0,28 đã chọn

Vậy ta được:

13,3 = 289 . KI - 0,28 . 220

6,61 3,13 + = 0,26 => KI = 289

Nên ta được: Uf.dòng = 0,26 . 289 = 75(V)

Để thuận lợi cho quá trình điều chỉnh thì ta chọn Uf.d = 94%U2

Vậy điện áp thứ cấp của máy biến áp BA1 là: U2BA1 = 80(V)

Điện áp sơ cấp máy biến áp BA1

U1BA1 = KBA . U2BA2

Chọn KBA = 1,5

Vậy U1BA1 = 1,5 . 80 = 120(V)

+ Ở mục 4 - 2 ta đã tính được dòng điện định mức của máy phát

chính là: Iđm = 288(A).

Vậy ta chọn biến dòng loại BD8 do công ty EMIC sản xuất có thông

số như sau:

Dòng sơ cấp: I1 = 300(A)

Dòng thứ cấp: I2 = 5(A)

Số vòng dây sơ cấp: n1 = 1(vòng)

Dung lượng: S = 10(VA)

Cấp chính xác: 0,5

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

+ Tính điện trở phân áp R15:

Để cho: U1BA1 = 120(V) thì ta chọn R15 sao cho

U1BA1 = I2BI . R15

BI2

= = 24(Ω) => R15 = U 1BA1 I 120 5

Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu ..................................................................................................

Chương I - Giới thiệu chung về máy điện đồng bộ ........................... 2

1.1. Nguyên lý làm việc của máy điện ........................................... 2

1.2. Phân loại và kết cấu của máy điện đồng bộ ............................ 2

1. Phân loại .............................................................................. 2

2. Kết cấu ................................................................................ 4

1.3. Các thông số chủ yếu của máy phát đồng bộ .......................... 6

1. Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục ...................... 6

2. Điện kháng quá độ ............................................................. 6

3. Điện kháng siêu quá độ ...................................................... 7

4. Hằng số quán tính .............................................................. 7

1.4. Đồ thị véctơ và đặt tính ........................................................... 7

1. Phương trình điện áp và đồ thị vectơ

của máy phát điện đồng bộ ................................................... 7

2. Đặc tính của máy phát điện đồng bộ ................................. 12

1.5. Chế độ thuận nghịch của máy điện ......................................... 17

1. Chế độ máy phát ................................................................ 17

2. Chế độ động cơ .................................................................. 18

3. Chế độ máy bù đồng bộ ..................................................... 19

Chương II - Các sơ đồ kích từ của MFĐ đồng bộ ............................. 20

2.1. Khái niệm chung ..................................................................... 20

2.2. Phân loại và đặc điểm của các hệ thống kích từ ..................... 2

1. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều ............... 22

2. Hệ thống kích từ dùng máy phát xoay chiều

và chỉnh lưu ............................................................................ 24

60 3. Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển ................. 26 Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -

K1

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển

2.3. Một số sơ đồ kích từ của máy phát đồng bộ tự kích ............... 27

1. Thực hiện cộng nối tiếp tác dụng của mạch áp và dòng

rồi qua chỉnh lưu không điều khiển ....................................... 27

2. Thực hiện cộng song song tác dụng của mạch áp và dòng . 27

2.4. Điều kiện tự kích của máy phát điện đồng bộ ........................ 28

Chương III - Khảo sát các sơ đồ hệ thống tự kích và tự ổn định điện áp

của máy phát điện đang vận hành theo công suất khác nhau ......... 30

3.1. Khái quát chung về hệ thống điều chỉnh điện áp .................... 30

3.2. Khảo sát các hệ thống tự kích và tự động ổn định điện áp ..... 31

1. Sơ đồ 1 ............................................................................... 31

2. Sơ đồ 2 ............................................................................... 33

3. Sơ đồ 3 ............................................................................... 35

4. Sơ đồ 4 ............................................................................... 38

5. Sơ đồ 5 ............................................................................... 40

6. Sơ đồ 6 ............................................................................... 43

7. Sơ đồ 7 ............................................................................... 49

Chương IV - Thiết kế tính toán một phương án ................................ 56

4.1. Chọn phương án ....................................................................... 56

4.2. Tính toán mạch động lực ........................................................ 58

1. Tính toán các thông số của máy phát ................................. 58

2. Tính chọn van cho mạch lực .............................................. 59

4.3. Tính toán mạch điều khiển ...................................................... 63

1. Tính mạch tạo xung khi rơle RL hút .................................. 63

2. Tính toán cầu đo ................................................................. 70

3. Tính toán máy biến áp và chọn van chỉnh lưu ................... 73